JP2009503977A - 多次元デジタル信号のフィルタリング方法及び装置、並びに、関連する符号化／復号化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号をフィルタリングする方法に関し、フィルタリングすべき各サンプルに適用される以下のステップを含む。すなわち、結果としてサンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値が得られるように、デジタル信号内の複数の幾何学的方向において少なくとも１つのフィルタを適用することにより、フィルタリングすべきサンプルのフィルタリングをシミュレートするステップ（Ｓ５２）と、少なくとも１つの所定の基準に従って、サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づいて、フィルタリングされたサンプルのフィルタリング値を取得するステップ（Ｓ５８）とを含む。

Description

本発明は、多次元デジタル信号をフィルタリングする方法及び装置、多次元デジタル信号を符号化する方法及び装置、並びに符号化された多次元デジタル信号を復号化する方法及び装置に関する。

一般に本発明は、特に画像又は映像の多次元デジタル信号のフィルタリング、符号化及び復号化に関する。

本発明の特に有用な好適な用途は、方向フィルタを使用するフィルタリング及びデジタル信号の符号化／復号化であるが、これに限定されない。

例えば、デジタルカメラから得られるデジタル画像の場合、Ｎを画素単位の画像の高さとしＭを画像の幅とすると、このデジタル画像はＮ×Ｍ画素の集合により構成される。そのようにして取得された画像は、メモリに格納される前に符号化される。初期データ、すなわち画像の画素を表す情報は、例えば１行ずつアクセスされる２次元アレイに編成される。

デジタル画像は符号化される前に変換され、同様に、符号化デジタル画像の復号化において画像は逆変換される。変換は、デジタル画像の全部又は一部にフィルタを適用することから構成される。

フィルタは画像信号と所定のベクトルとの間の畳み込み積であり、割り当てられた係数を用いて、フィルタを適用する領域の画素毎にその画素の値を隣接画素の値に従って変更できる。

特に、ＷＯ２００４０５６１２０を通じて周知の１つのフィルタリング技術があり、これは画像の周波数サブバンドに含まれる情報量を減少できる。この技術は、バンドレットへの分解技術に基づく。画像をフィルタするためにバンドレットへの分解を使用して、信号は、ストリーム内の局所的規則性を検出するようにまず分析される。実際には、均一なストリームを有する信号部分は分離され、ストリームの方向を考慮してフィルタリングされる。従って、フィルタリングは、フィルタリングされない信号より少ない情報を含む信号を生成し、結果として得られる圧縮は、より効果的となる。

しかしながら、この技術は大量の計算を必要とする。実際、均一なストリームを有する部分を識別するように信号を分析する必要があり、これは複雑な演算である。

更に、この技術は分離可能性（separability）を有していない。フィルタリングが例えば行及び列に沿って又は列及び行に沿って信号の異なる次元に対して別個に適用される場合に分離可能性を有することは周知のことである。

従って、適切な水準の圧縮を維持しつつ、分離可能性を考慮したそれ程複雑ではないフィルタリング動作を実行できることは有用だろう。

本発明は、まず、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号をフィルタリングする方法を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する方法であり、複数のフィルタリングされたサンプルとなる部分復号化ステップを含む方法を提供することである。

本発明の別の目的は、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する装置を提供することである。

本発明の別の目的は、複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する装置であり、複数のフィルタリングされたサンプルを生成する部分復号化手段を具備する装置を提供することである。

本発明は、まず、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号をフィルタリングする方法を提供することを目的とする。方法は、フィルタすべき各サンプルに適用される以下のステップから成る：
−結果としてサンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値が得られるように、デジタル信号内の複数の幾何学的方向において少なくとも１つのフィルタを適用することにより、フィルタすべきサンプルのフィルタリングをシミュレートするステップ
−少なくとも１つの所定の基準に従って、サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づいて、フィルタリングされたサンプルのフィルタリング値を取得するステップ。

本発明に係るフィルタリング方法は、フィルタリング性能を向上するように局所変化を考慮して多次元信号のフィルタリングを提供する。

方法は、特に、分離可能性を維持しつつデジタル信号ストリームの局所方向を考慮するフィルタリングを実行可能にする。

方法は、特に、圧縮アルゴリズムの前のフィルタリング機構に関して適用可能である。これにより、フィルタリングにより形成される周波数サブバンド内に存在する情報量は減少される。このように、格納又は送信するための信号圧縮は改善される。

更に、この方法は、単純な物質的実現及び計算の高速化という利点を提供する。

尚、多次元デジタル信号は画像又は映像であってもよく、あるいは、一般にマルチメディアデータを表す信号であってもよい。

１つの特徴によると、フィルタリング値を取得するステップは、複数のシミュレートされたフィルタリング値から１つの値を選択することから構成される。

この特徴によると、シミュレーションステップは、フィルタリング機構を再適用する必要なくフィルタリング値を提供する。このことにより、フィルタリングを最適化できる。

別の特徴によると、フィルタリング値を取得するステップは：
−複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づいて、デジタル信号内の複数の幾何学的方向の中から１つの幾何学的方向を決定するステップと；
−決定された幾何学的方向においてフィルタリングを適用するステップとを含む。

この特徴によると、シミュレーションステップの最後に、フィルタリング性能を向上するように、最適な幾何学的方向が決定される。

１つの特徴によると、フィルタリングをシミュレートするステップの前に、方法は、複数のフィルタの中から少なくとも１つのフィルタを決定するステップを含む。

従って、本発明に従ってフィルタリング動作を行うのに最適なフィルタを求めることができる。

一実施形態によると、複数のフィルタは、少なくとも１つの低域フィルタと１つの高域フィルタとを含む。

一変形例によると、少なくとも１つの所定の基準に従って取得されるフィルタリング値は、サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値のうちの最小絶対値に対応する。

従って、フィルタリングにより生成される情報量は減少され、それによりサンプルの圧縮性能は向上する。

別の変形例によると、少なくとも１つの所定の基準に従って取得されるフィルタリング値は、サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値のうちフィルタリングされ且つ符号化されたサンプルの送信速度を最小化する値に対応する。

従って、フィルタリングにより生成される情報量は減少される。

更に別の変形例によると、少なくとも１つの所定の基準に従って取得されるフィルタリング値は、サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値のうち誤差（the errors）を最小化する値に対応する。

従って、フィルタリングされたサンプルの量子化ステップにおいて、特に、誤差は元の信号に関して最小化される。

１つの特徴によると、方法は、メモリ手段に格納された情報から所定の基準を取得するステップを含む。

１つの特徴によると、方法は、サンプルに適用されたフィルタの幾何学的方向を表す情報を取得するステップを含む。

この情報は、前述のフィルタリングが実行された符号化サンプルを復号化する場合に有用である。

別の特徴によると、方法は、サンプルに適用されたフィルタの幾何学的方向を表す情報をフィルタリングされたサンプルと関連付けるステップを含む。

幾何学的方向を表す情報をフィルタリングされたサンプルと関連付けることにより、逆フィルタリングにおいて、逆フィルタリングを適用するために必要な方向情報を見つけることができる。

１つの特徴によると、方法は、サンプルに適用されたフィルタを表す情報をフィルタリングされたサンプルと関連付けるステップを含む。

１つの特徴によると、フィルタリング方法のステップは、デジタル信号の各次元に順次適用される。

本発明の別の目的は、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する方法を提供することである。方法は、上述したようにデジタル信号をフィルタリングする方法を含む。

符号化方法において本発明に係るフィルタリングを適用することにより、デジタル信号のサンプルの符号化を大幅に改善できる。

実際、周波数サブバンドのエントロピー、すなわち周波数サブバンド内に存在する情報量は、本発明を通じて２５％より多く減少される。

１つの特徴によると、フィルタリングがフィルタリングされたサンプルに適用されたフィルタの幾何学的方向を表す情報をフィルタリングされたサンプルと関連付けるステップを含む場合、フィルタリングされたサンプルの符号化は、フィルタリングされたデータに対しては非可逆的に実行され、幾何学的方向を表す情報に対しては可逆的に実行される。

実際、逆フィルタリング動作を効果的に行うためには、フィルタリングの幾何学的方向に関する情報を失わないことが好ましい。

１つの特徴によると、リフティング・スキームの適用時に使用されるデジタル信号のサンプルのフィルタリングは、各々が異なるサンプルに適用される少なくとも２つのフィルタを用いて実行される。

このように、フィルタリング動作及びそれによる変換動作は大量のメモリを使用しない。実際、リフティング・スキームを使用することにより、サンプルはフィルタリングされる際に置換される。

本発明の別の目的は、複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する方法であり、複数のフィルタリングされたサンプルとなる部分復号化ステップを含む方法を提供することである。方法は、上述したような符号化方法に従う符号化においてサンプルのフィルタリングに対して使用されたフィルタの幾何学的方向においてフィルタリングされたサンプルに対して実行され、フィルタリングされたサンプルに適用される逆フィルタリングを行うステップから成る。

１つの特徴によると、幾何学的方向は、そのサンプルに適用され、フィルタリングされたサンプルに関連付けられるフィルタの幾何学的方向を表す情報に基づいて定義される。

別の特徴によると、方法は、幾何学的方向を表す情報をメモリ手段から取得するステップを含む。

１つの特徴によると、リフティング・スキームの適用時に使用されるフィルタリングされたデジタル信号のサンプルのフィルタリングは、各々が異なるサンプルに適用される少なくとも２つのフィルタを用いて実行される。

これらに関連して、本発明は、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号をフィルタリングする装置を更に提供する。装置は、フィルタすべき各サンプルに適用される以下の手段を具備する：
−デジタル信号内の複数の幾何学的方向において少なくとも１つのフィルタを適用するように構成され、サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値を生成するようにフィルタすべきサンプルのフィルタリングをシミュレートする手段
−少なくとも１つの所定の基準に従って、サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づいて、フィルタリングされたサンプルのフィルタリング値を取得する手段。

この装置は、簡単に上述したフィルタリング方法と同一の利点を有する。

本発明の別の目的は、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する装置を提供することである。装置は、上述したようにサンプルをフィルタリングする装置を具備する。

この装置は、簡単に上述した符号化方法と同一の利点を有するため、説明を省略する。

本発明の別の目的は、複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する装置であり、複数のフィルタリングされたサンプルを生成する部分復号化手段を具備する装置を提供することである。装置は、上述したように符号化装置を実現することにより、符号化においてサンプルのフィルタリングに対して使用されたフィルタの幾何学的方向においてフィルタリングされたサンプルに対して実行され、フィルタリングされたサンプルに適用可能な逆フィルタリング手段を具備する。

この装置は、簡単に上述した復号化方法と同一の利点を有するため、説明を省略する。

別の面によると、本発明は、電気通信ネットワークを介して接続される複数の端末装置を含む電気通信システムに関する。電気通信システムは、上述したように複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する装置を備える少なくとも１つの端末装置と、上述したように複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する装置を備える少なくとも１つの端末装置とを含む。

更に別の面によると、本発明は、コンピュータシステムにロード可能なコンピュータプログラムであって、これらのプログラムがコンピュータシステムによりロードされ実行される場合に、上述したように複数のサンプルを含む多次元デジタル信号をフィルタリングする方法、複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する方法、並びに符号化多次元デジタル信号を復号化する方法の実現を可能にする命令を含む前記プログラムに関する。

本発明の他の面及び利点は、以下の説明を読むことにより更に明らかになるだろう。説明は、単に非限定例示として与えられ、添付の図面を参照して行われる。

図１を参照すると、特に本発明に係る符号化及び復号化によりデジタル画像を処理するシステムは、符号化装置２、ユニット４及び復号化装置６を含む。

尚、本発明に係る符号化／復号化方法及び装置は、電気通信ネットワークを介して接続される複数の端末装置を含む電気通信システムにおいて特に有用に適用される。その場合、本発明に係る符号化／復号化方法は、電気通信ネットワークを介するファイル送信を許可し、それによってトラフィックを減少し送信時間を短縮するように、システムの端末装置において実現される。

別の特に有用な用途によると、本発明に係る符号化／復号化方法は、大量のデータを格納ユニットに格納できるように、マルチメディア実体を格納するための装置において実現される。

図１に示すように、本発明に係る符号化装置２は、元の画像ＩＯを入力として受信する。画像ＩＯは、符号化ファイルＦＣを出力として送出する符号化装置２により処理される。

符号化装置２において実行される処理は、ユニット１０、１２及び１４においてそれぞれ行われる変換ステップ、量子化ステップ及びエントロピー符号化ステップを実行することから構成される。変換ステップは本発明に係るフィルタリング方法を実現するステップであるが、量子化ステップ及びエントロピー符号化ステップは従来の手段を実現する。

符号化ファイルＦＣは、例えば、ネットワークを介して送信されるか又は格納ユニットに格納されるためにユニット４に提供される。

復号化装置６は、ユニット４から到着する符号化ファイルＦＣを入力として受信し、元の画像ＩＯとほぼ同一の復号化画像ＩＤを出力として提供する。

復号化において、ユニット１８、２０及び２２においてそれぞれ行われるエントロピー復号化ステップ、逆量子化ステップ及び逆変換ステップが符号化画像に対して連続して実行される。逆変換ステップは本発明に係るフィルタリングを実現するステップであるが、逆量子化ステップ及びエントロピー復号化ステップは従来の手段を実現する。

一般に、元の画像ＩＯに対応する初期データは、１行ずつアクセス可能な２次元アレイに編成される。

以下に説明する実施形態は、固定デジタル画像、すなわち２次元信号の符号化及び復号化を示す。しかしながら、原理は、より多くの次元を有する信号、例えば、その一部として３次元の映像に対しても同一である。

特に、周波数サブバンドへの分解において本発明に係るフィルタリング機構を含むデジタル画像の符号化を説明する。このフィルタリングは、例えば、ウェーブレットへの分解とも呼ばれ、フィルタリングにおいては、ＪＰＥＧ２０００規格で実現される。

ＪＰＥＧ２０００規格に関する更なる情報は、特に、アドレスwww.jpeg.orgに参照される。

図２は、本発明に係るフィルタリングを含むデジタル画像符号化アルゴリズムを示す。

サブバンドにおけるフィルタリングは、異なる周波数に対応する少なくとも１つのサブバンドを生成するために、フィルタリング動作を元の信号に適用することから構成される。共に取得されるこれらのサブバンドは、所定の解像度（resolution）に対応する。

その後、通常、これらのサブバンドのうち少なくとも１つを選択し、それらをサブバンドに再分解する。この場合、これらのサブバンドは次の解像度を構成する。この処理は、必要な解像度に応じて複数回繰り返されてもよい。

アルゴリズムはステップＳ２０から開始し、フィルタすべき周波数サブバンドと考えられる初期画像が選択される。

このステップの後、処理が実行される第１の次元を選択することから構成されるステップＳ２２へ進む。

一実施形態によると、現在の周波数サブバンドの水平次元が第１の次元として考慮される。しかしながら、別の実施形態においては、現在の周波数サブバンドの垂直次元が第１の次元として考慮されてもよい。

ステップＳ２２の後、現在の次元の第１のラインを選択するためにステップＳ２４へ進む。従って、この第１のラインが現在のラインになる。

特定の一実施形態によると、水平次元が選択される場合、現在の次元の第１のラインは現在のサブバンドの画素の第１の行である。

それに対して、垂直次元が選択される場合、現在の次元の第１のラインは、現在のサブバンドの画素の第１の列である。

ステップＳ２４の後、現在のラインにおいて処理する第１のサンプルを選択するためにステップＳ２６へ進む。

特定の一実施形態によると、現在のラインにおいて処理する第１のサンプルは、辞書式順序で最初のサンプルである。すなわち、ラインが画素の行である場合は最も左にあるサンプルであり、ラインが画素の列である場合は最も上にあるサンプルである。あるいは、ラインが２回目にフィルタリングされる場合はラインの２番目のサンプルである。

ステップＳ２６の後にステップＳ２８へ進み、現在のフィルタすべきサンプルはフィルタリングされ、フィルタリングされたサンプルは符号化される。

本発明に係るフィルタリングは、特に、ぼかしとしても周知の低域フィルタリング及び輪郭検出としても周知の高域フィルタリング等、異なる従来の目的に対して使用されてもよい。

低域フィルタの目的は、高周波数（暗い画素）を有する画像成分を減衰させることである。この種類のフィルタリングは、一般に、画像ノイズを減衰させるために使用される。そのため、通常は平滑化に関する。

平均化フィルタは低域フィルタの一種であり、その原理は、フィルタすべき画素に隣接する画素の値の平均に影響を及ぼすことである。このフィルタにより得られる結果は、元の画像よりもぼやけた画像である。

低域フィルタとは異なり、高域フィルタは画像の低周波数成分を減衰させ、特に、詳細及びコントラストを強調できる。それが、「アクセンチュエイション・フィルタ」という用語が使用される理由である。

特定の実施形態によると、信号の効果的な圧縮を可能にするために、例えば、リフティング・スキームに従う周波数サブバンドへの分解が使用される。図３を参照して、この種の分解を実現するフィルタリング及び符号化ステップＳ２８を以下に説明する。

リフティング・スキームに関する更なる情報については、特に、IEEE Transactions on Image Processing、第９巻、第６号、２０００年６月、１０１０〜１０２４ページのM.D.Adams及びF.Kossentiniによる文献「Reversible Integer-To-Integer Wavelet Transforms for Image Compression: Performance Evaluation and Analysis」に参照される。この文献は、フィルタリング技術、すなわち、いわゆるリフティング・スキーム技術によるサブバンドへの変換を説明する。その原理は、情報をより小型の集合にし、それによって信号エントロピーを減少するために、信号内に存在する相関を使用することである。

リフティング・スキームは、ウェーブレットへの変換の特定の実現例であり、２つの連続するフィルタリング動作、すなわち第１の高域フィルタリング及び第２の低域フィルタリングを実行し、各サンプルはそのフィルタリングの結果に置換される。

例えば、リフティング・スキームは、高域フィルタを用いてサンプルをフィルタリングしてそれらを置換するために、位置が一様ではないサンプルを選択して第１のパッセージ（passage）を実行する。その後、リフティング・スキームは、低域フィルタを用いてサンプルをフィルタリングしてそれらを置換するために、位置の一様なサンプルを選択して第２のパッセージ（passage）を実行する。

このように現在のサンプルをフィルタリング及び符号化した後、ステップＳ２８の後にステップＳ３０へ進み、フィルタすべきサンプルが現在のライン上に残っているかを決定するためにテストを行う。

ステップＳ３０において応答が肯定である場合、このステップの後にステップＳ３２へ進み、次のサンプルは現在のライン上で選択される。

特定の一実施形態によると、Ｎを所定の値としたとき、次のサンプルはサンプルの進行順で現在のサンプルのＮ個後ろのサンプルに配置される。例えば、Ｎの値は２であってもよい。

実施形態の一変形例によると、次のサンプルは現在のサンプルの直後のサンプルである。

次のサンプルを選択するステップＳ３２の後、前述のステップＳ２６へ進む。

ステップＳ３０に戻ると、応答が否定の場合、アルゴリズムはステップＳ３４へ進み、少なくとも１つの処理すべきラインが現在の次元に残っているかを決定するためにテストを行う。

ステップＳ３４において応答が肯定である場合、このステップの後にステップＳ３６へ進み、次のラインは現在の次元において選択される。

特定の実施形態によると、現在のラインが１回のみ処理された場合、次のラインは現在のラインと同一であり、現在のラインが既に２回処理されている場合、次のラインは次のラインである。

実施形態の一変形例によると、次のラインは現在のラインの直後のラインである。

実施形態の別の変形例によると、Ｍを所定の値としたとき、次のラインは、ラインの進行順において現在のラインのＭ個後ろのラインに配置される。例えば、Ｍの値は２であってもよい。

ステップＳ３６の後、前述のステップＳ２６へ進む。

ステップＳ３４に戻ると、応答が否定である場合、アルゴリズムはステップＳ３８へ進み、少なくとも１つの処理すべき次元が残っているかを決定するためにテストを行う。

特定の実施形態によると、最初に水平次元がフィルタリングされる。換言すると、デジタル画像の行が処理される。その後、垂直次元、すなわちデジタル画像の列が処理される。

第２の実施形態によると、最初に垂直次元がフィルタリングされる。換言すると、デジタル画像の列が処理される。その後、水平次元、すなわちデジタル画像の行が処理される。

映像の場合、水平次元、垂直次元及び時間次元の３つの次元が順次フィルタリングされる。

従って、テストステップＳ３８において、２つの次元が処理されたかが決定される。

応答が肯定である場合、このステップの後にステップＳ４０へ進み、次の処理すべき次元が選択される。

この特定の実施形態によると、処理すべき次元が２つのみであるため、次の次元は垂直次元である。

ステップＳ４０の後、前述のステップＳ２４へ進む。

ステップＳ３８に戻ると、応答が否定である場合、アルゴリズムはステップＳ４２へ進み、少なくとも１つの処理すべき解像度が残っているかを決定するためにテストを行う。

実際、説明した実施形態において、サブバンドが各次元に従ってフィルタリングされて、ある特定の数の新しい周波数サブバンドが生成された場合、処理は、そのように生成された周波数サブバンドのうちの１つに適用することにより繰り返される。

しかしながら、各繰り返しにおいて各サブバンドの大きさは減少し、ある時点においてこの繰り返し処理は終了する。

繰り返し処理は所定の回数、例えば３回実行される。

従って、このテストステップは、予期された回数の繰り返しが実行されたか否かを確認することから構成される。

予期された回数の繰り返しが実行された場合、アルゴリズムはステップＳ４４において終了する。

予期された回数の繰り返しが実行されていない場合、次のステップは、フィルタリング及び符号化方法が繰り返される次の周波数サブバンドを選択するためのステップＳ４６である。

一実施形態によると、選択される次のサブバンドは、現在の繰り返しにおいて形成される全てのサブバンドのうち各次元における低域フィルタリングから形成されるサブバンドである。

その後、ステップＳ４６の後に前述のステップＳ２２へ進み、アルゴリズムは再度実行される。

図３を参照して、本発明に係るサンプルのフィルタリング及び符号化を説明する。

この処理はステップＳ５０から開始し、適用されるフィルタは複数の可能なフィルタの中から決定される。

特定の実施形態によると、２つのフィルタが考えられる。

第１のフィルタは低域フィルタとして周知であり、信号から低周波数を抽出する役割を有する。

単一次元信号のフィルタリングの結果、すなわち、係数が[-1/16, 0, 5/16, 1, 5/16, 0, -1/16]である低域フィルタを介した一連のサンプル{..., x_i-3, x_i-2, x_i-1, x_i, x_i+1, x_i+2, x_i+3,...}から構成される信号は、y_i = -x_i-3/16 + 5*x_i-1/16 + x_i + 5*x_i+1/16 - x_i+3/16で表される。

高域フィルタとして周知の第２のフィルタは、信号から高周波数を抽出する。

係数が[1/16, 0, -9/16, 1, -9/16, 0, 1/16]である低域フィルタを介した単一次元信号{..., x_i-3, x_i-2, x_i-1, x_i, x_i+1, x_i+2, x_i+3,...}のフィルタリングの結果は、y_i = x_i-3/16 - 9*x_i-1/16 + x_i - 9*x_i+1/16 + x_i+3/16で表される。

高域フィルタ及び低域フィルタは、リフティング・スキームに従う分解において使用される。

１つのラインをフィルタリングする場合、フィルタリングされているラインが初めてフィルタリングされる場合、適用されるフィルタは高域フィルタである。

逆の場合、適用されるフィルタは低域フィルタである。

ステップＳ５０の後にステップ５２へ進み、フィルタリング動作をシミュレートするために、決定されたフィルタが、異なる可能な幾何学的方向において適用される。

このステップを図４に例示する。

デジタル画像に適用される現在のフィルタ及びこのフィルタの現在のサンプルへの適用例を図４に示す。考察される例によると、現在のサンプルはi番目の行及びj番目の列に対応するサンプルである。

図４に示す例においては３つの幾何学的方向が可能である。

i番目の行であり且つj番目の列である現在のサンプルの係数はxijで示される。

従って、単一次元フィルタリングが適用される３つの幾何学的方向は、次式で定義される：
{x_{i-3 j-3}, x_{i-2 j-2}, x_{i-1 j-1}, x_{i j}, x_{i+1 j+1}, x_{i+2 j+2}, x_{i+3 j+3}}
{x_{i j-3}, x_{i j-2}, x_{i j-1}, x_{i j}, x_{i j+1}, x_{i j+2}, x_{i j+3}}
{x_{i+3 j-3}, x_{i+2 j-2}, x_{i+1 j-1}, x_{i j}, x_{i-1 j+1}, x_{i-2 j+2}, x_{i-3 j+3}}
従って、本実施形態によると、ステップＳ５２において、異なる可能な幾何学的方向においてフィルタリングをシミュレートするように、ステップＳ５０において決定されたフィルタリングは、前述の３つの幾何学的方向においてフィルタすべきサンプルxijに適用される。

従って、シミュレーションステップは前述の３つのフィルタリング動作の各々の出力を算出し、それによって複数のシミュレートされたフィルタリング値を取得する。

このステップＳ５２の後、現在のサンプルにフィルタリングを適用するために使用される幾何学的方向を異なる幾何学的方向の中から決定するステップＳ５４へ進む。

フィルタリングを適用するために考慮される幾何学的方向は、少なくとも１つの所定の基準に基いて、複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づき決定される。

従って、図４において考察される例によると、少なくとも１つの所定の基準を考慮して、説明された３つの幾何学的方向においてフィルタを適用した後に取得される３つの値に基づいて選択は行われる。

フィルタリングの幾何学的方向の決定に関する一実施形態によると、取得される値の中で絶対値が最小であるシミュレートされたフィルタリング値を生成するフィルタリングが選択される。

しかしながら、他の実施形態が使用されてもよい。

従って、特に、レートを最小化するフィルタリング値が選択される。換言すると、最小限の数の２進要素上に符号化される値が選択される。

別の実施形態によると、誤差を最小化するフィルタリング値が選択される。換言すると、後続の量子化ステップにより量子化された場合に元の信号に関して最小誤差を生成する値が選択される。

更に別の実施形態によると、レートを最小化し且つ誤差を最小化できるフィルタリング値が選択される。

更に、実施形態の一変形例において、方向に応じて変化するフィルタ係数が提供されてもよい。

上述のステップＳ５４の後、オプションのステップＳ５６又はステップＳ５８及びＳ６０へ進む。

ステップＳ５６において、現在のサンプルに適用されるフィルタの方向を表す情報が格納される。実際、デジタル画像を符号化するために、この幾何学的方向情報を格納する必要がある。

決定されたフィルタリングを表す情報は圧縮ファイルに格納されるか、あるいは以下に説明するようなエントロピー符号化ステップの対象となる。

しかしながら、このステップは、方向情報が既知であり事前に格納されている限りオプションである。

ステップＳ５８によると、現在のサンプルのフィルタリング出力は、前に決定されたフィルタリングの幾何学的方向において算出される。

あるいは、ステップＳ５８において、ステップＳ５２において算出した値を再使用して、これを実際のフィルタリング値として使用できる。

このステップＳ５８の後、現在のサンプルをフィルタリングされたサンプルの値に置換することから構成されるステップＳ６０へ進む。

次のステップＳ６２において、フィルタリングされたサンプルは量子化され、その後、圧縮ファイルに格納されるようにエントロピー符号化され、送信されるか又は後続のフィルタリングのために一時的に格納される。

量子化はスカラー量子化及びベクトル量子化であってもよく、あるいは任意の種類の量子化であってもよい。

エントロピー符号化に関する限り、これはハフマン符号化又は算術符号化により行われてもよい。

尚、エントロピー符号化は、量子化せずに事前に格納された方向情報に適用される。

図２、図３及び図５を参照して、フィルタリング及び符号化された画像を復号化するためのアルゴリズムを説明する。

復号化アルゴリズムは、図２のアルゴリズムのステップＳ２８以外のステップを再度行う。図３の代わりに図５を参照して、ステップＳ２８を説明する。

図５におけるアルゴリズムは、符号化デジタル画像のサンプルをエントロピー復号化すること及びこれらのサンプルを逆量子化することから構成される部分復号化ステップＳ７０から開始する。

エントロピー復号化は、特に、使用されるエントロピー符号化に応じた、ハフマン復号化又は算術復号化である。

逆量子化に関しては、これは、例えば、使用される逆量子化に応じた、スカラー逆量子化又はベクトル逆量子化であってもよい。

ステップＳ７０の後、フィルタリングされたサンプルに適用される逆フィルタを決定することから構成されるステップＳ７２へ進む。このステップＳ７２は、前述の図３におけるステップＳ５０と同様である。従って、このステップの最後に、適用される逆フィルタが決定される。

ステップＳ７２の後、逆フィルタが適用される幾何学的方向を決定するためのステップＳ７４へ進む。この決定を行うために、幾何学的方向を表す外部情報が使用される。

実際、周波数サブバンドに分解するために画像が最初にフィルタリングされている場合、各サンプルに関連するフィルタリング動作に対して使用される幾何学的方向の情報は格納又は符号化されており、復号器はこれを利用することができる。

従って、逆フィルタリングにおいて、フィルタリング分解において決定された幾何学的方向に対応するフィルタリングが適用される。

ステップＳ７４の後、現在のフィルタリングされたサンプルにより前に決定された幾何学的方向における逆フィルタリングの出力を算出することから構成されるステップＳ７６へ進む。

このステップの後、現在のフィルタリングされたサンプルを、逆フィルタリングされたサンプルに対して取得された値に置換するためのステップＳ７８へ進む。

図６を参照して、本発明に従って、多次元デジタル信号をフィルタリングする装置、及び、多次元デジタル信号を復号化する装置、及び、符号化された多次元デジタル信号を復号化する装置の少なくともいずれかとして動作可能な装置を物質的構成に関して説明する。

図６における情報処理装置は、本発明に従って、多次元デジタル信号をフィルタリングする方法、及び、多次元デジタル信号を符号化する方法、及び、符号化多次元デジタル信号を復号化する方法の少なくともいずれかを実現するのに必要な全ての手段を有する。

選択された実施形態によると、装置は、例えば、グラフィックスカードに接続されることにより本発明に従って処理される情報を供給するデジタルカメラ６０１（又はスキャナ、あるいは任意の他の画像取得手段又は画像格納手段）等の異なる周辺装置に接続されるマイクロコンピュータ６００であってもよい。

マイクロコンピュータ６００は、デジタル情報を送信可能なネットワーク６０３に接続される通信インタフェース６０２を具備するのが好ましい。マイクロコンピュータ６００は、例えばハードディスク等の格納手段６０４及びディスケットドライブ６０５を更に具備する。

ディスケット６０６は、ディスク６０４と同様に、本発明のソフトウェアのセットアップデータ及び本発明のコードを含んでもよく、本発明のコードは、マイクロコンピュータ６００により読み取られた後、ハードディスク６０４に格納される。

一変形例によると、装置６００により本発明を実現可能とするプログラムは読み出し専用メモリＲＯＭ６０７に格納される。

別の変形例によると、プログラムは通信ネットワーク６０３を介して全て又は部分的に受信され、図示されるように格納される。

マイクロコンピュータ６００は、入出力カード（不図示）によりマイクロフォン６０８に更に接続されてもよい。マイクロコンピュータ６００は、処理する情報を表示し且つ／又はユーザとのインタフェースとして動作するためのスクリーン６０９を更に具備し、ユーザは、例えば、キーボード６１０、あるいはマウス等の任意の他の適切な手段により、ある特定の処理モードをパラメータ化できる。

中央処理装置ＣＰＵ６１１は、本発明の実現に関する命令を実行する。これらの命令は、読出し専用メモリＲＯＭ又は説明された他の記憶素子に格納されている。

電源が投入されると、不揮発メモリのうちの１つ、例えばＲＯＭ６０７に格納された処理プログラム及び方法はランダムアクセスメモリＲＡＭ６１２に転送され、この場合、ＲＡＭ６１２は、本発明の実行可能なコード、並びに本発明が実現されるのに必要な変数を含むことになる。

変形例として、デジタル信号を処理する方法は、装置６００内の異なる格納場所に格納されてもよい。一般に、コンピュータ又はマイクロプロセッサにより読み取られる情報格納手段は、装置に組み込まれているか否かに関わらず、あるいは取り外し可能であり、フィルタリング方法、符号化方法及び復号化方法を実現するプログラムを格納する。更に、例えば、通信ネットワーク６０３により送信されるか又は少なくとも１つのディスケット６０６によりロードされる更新又は改善された処理方法を追加することにより、本発明の実施形態を拡張できる。当然、ディスケット６０６は、ＣＤ−ＲＯＭ又はメモリカード等の任意の情報媒体に置き換えられてもよい。

通信バス１０１により、マイクロコンピュータ６００の異なる要素とマイクロコンピュータ６００に接続される要素との間の通信が可能になる。尚、バス１０１の表示は限定するものではない。実際、中央処理装置ＣＰＵ６１１は、例えば、直接又はマイクロコンピュータ６００の別の要素より、マイクロコンピュータ６００の任意の要素に命令を通信できる。

本発明は説明及び図示された実施形態に何ら限定されることなく、当業者が着想される範囲内の任意の変形例を含むことは明らかである。

本発明に係る符号化／復号化方法及び装置が実現されるデジタル画像処理システムを簡略化して示す図である。 デジタル画像のサンプルを符号化するために処理するアルゴリズムを示す図である。 サンプルをフィルタリング、量子化及び符号化するアルゴリズムを示す図である。 一例に従って、３つの可能な幾何学的方向におけるフィルタリング・シミュレーションを示す図である。 符号化サンプルに適用される復号化、逆量子化及び逆フィルタリング・アルゴリズムを示す図である。 本発明が実現される装置を示す図である。

Claims (40)

1. 複数のサンプルを含む多次元デジタル信号をフィルタリングする方法であって、
   −結果として前記サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値が得られるように、前記デジタル信号内の複数の幾何学的方向において少なくとも１つのフィルタを適用することにより、フィルタすべき前記サンプルの前記フィルタリングをシミュレートするステップ（Ｓ５２）と、
   −少なくとも１つの所定の基準に従って、前記サンプルの前記複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づいて、前記フィルタリングされたサンプルのフィルタリング値を取得するステップ（Ｓ５８）とを有し、前記ステップはフィルタすべき前記サンプルの各々に適用されることを特徴とする方法。
2. 前記フィルタリング値を取得するステップは、前記複数のシミュレートされたフィルタリング値から１つの値を選択することから構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記フィルタリング値を取得するステップは、
   前記複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づいて、前記デジタル信号内の前記複数の幾何学的方向の中から１つの幾何学的方向を決定するステップ（Ｓ５４）と、
   前記決定された幾何学的方向において前記フィルタリングを適用するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記フィルタリングをシミュレートするステップの前に、複数のフィルタの中から少なくとも１つのフィルタを決定するステップ（Ｓ５０）を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記複数のフィルタは、少なくとも１つの低域フィルタと１つの高域フィルタとを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも１つの所定の基準に従って取得される前記フィルタリング値は、前記サンプルの前記複数のシミュレートされたフィルタリング値のうちの最小絶対値に対応することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 少なくとも１つの所定の基準に従って取得される前記フィルタリング値は、前記複数のシミュレートされたフィルタリング値のうち、前記フィルタリングされ且つ符号化されたサンプルの送信レートを最小化する前記値に対応することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも１つの所定の基準に従って取得される前記フィルタリング値は、前記複数のシミュレートされたフィルタリング値のうち、誤差を最小化する前記値に対応することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
9. メモリ手段に格納された情報から前記所定の基準を取得するステップを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記サンプルに適用された前記フィルタの前記幾何学的方向を表す情報を取得するステップを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記サンプルに適用された前記フィルタの前記幾何学的方向を表す情報を前記フィルタリングされたサンプルと関連付けるステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記サンプルに適用された前記フィルタを表す情報を前記フィルタリングされたサンプルと関連付けるステップを含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記フィルタリング方法の前記ステップは、前記デジタル信号の前記次元の各々に順次適用されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する方法であって、請求項１乃至１３のいずれか１項に従って前記デジタル信号をフィルタリングする方法を含むことを特徴とする方法。
15. 前記フィルタリングが前記フィルタリングされたサンプルに適用された前記フィルタの前記幾何学的方向を表す情報を前記フィルタリングされたサンプルと関連付けるステップを含む場合、前記フィルタリングされたサンプルの符号化は、前記フィルタリングされたデータに対しては非可逆的に実行され、前記幾何学的方向を表す前記情報に対しては可逆的に実行されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. リフティング・スキームの適用時に使用される前記デジタル信号のサンプルの前記フィルタリングは、各々が異なるサンプルに適用される少なくとも２つのフィルタを用いて実行されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する方法であり、複数のフィルタリングされたサンプルとなる部分復号化ステップを含む方法であって、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の前記符号化方法に従う前記符号化において前記サンプルの前記フィルタリングに対して使用された前記フィルタの前記幾何学的方向においてフィルタリングされたサンプルに対して実行され、フィルタリングされたサンプルに適用される逆フィルタリングを行うステップ（Ｓ７６）を含むことを特徴とする方法。
18. 前記幾何学的方向は、そのサンプルに適用され且つ前記フィルタリングされたサンプルに関連付けられる前記フィルタの前記幾何学的方向を表す情報に基づいて定義されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記幾何学的方向を表す情報をメモリ手段から取得するステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. リフティング・スキームの適用時に使用される前記フィルタリングされたデジタル信号のサンプルの前記フィルタリングは、各々が異なるサンプルに適用される少なくとも２つのフィルタを用いて実行されることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 複数のサンプルを含む多次元デジタル信号をフィルタリングする装置であって、
    前記デジタル信号内の複数の幾何学的方向において少なくとも１つのフィルタを適用するように構成され、前記サンプルの複数のシミュレートされたフィルタリング値を生成するように、フィルタリングすべき前記サンプルの前記フィルタリングをシミュレートする手段と、
    少なくとも１つの所定の基準に従って、前記サンプルの前記複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づいて、前記フィルタリングされたサンプルのフィルタリング値を取得する手段とを具備し、前記手段はフィルタリングすべき前記サンプルの各々に適用されることを特徴とする装置。
22. 前記フィルタリング値を取得する手段は、前記複数のシミュレートされたフィルタリング値から１つの値を選択するように構成されることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. 前記フィルタリング値を取得する手段は、
    前記複数のシミュレートされたフィルタリング値に基づいて、前記デジタル信号内の前記複数の幾何学的方向の中から１つの幾何学的方向を決定するように構成される幾何学的方向を決定する手段と、
    前記決定された幾何学的方向において前記フィルタリングを適用する手段とを具備することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
24. 複数のフィルタの中から少なくとも１つのフィルタを決定するように構成される決定手段を具備することを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載の装置。
25. 前記複数のフィルタは、少なくとも１つの低域フィルタと１つの高域フィルタとを含むことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. メモリ手段に格納された情報から前記所定の基準を取得する手段を具備することを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の装置。
27. 前記サンプルに適用された前記フィルタの前記幾何学的方向を表す情報を取得する手段を具備することを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載の装置。
28. 前記サンプルに適用された前記フィルタの前記幾何学的方向を表す情報を前記フィルタリングされたサンプルと関連付けるように構成される関連付け手段を具備することを特徴とする請求項２７に記載の装置。
29. 前記サンプルに適用された前記フィルタを表す情報を前記フィルタリングされたサンプルと関連付けるように構成される関連付け手段を具備することを特徴とする請求項２１乃至２８のいずれか１項に記載の装置。
30. 複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する装置であって、請求項２１乃至２９のいずれか１項に従ってサンプルをフィルタリングする装置を具備することを特徴とする装置。
31. 前記フィルタリング装置が前記フィルタリングされたサンプルに適用された前記フィルタの前記幾何学的方向を表す情報を前記フィルタリングされたサンプルと関連付けるように構成される関連付け手段を具備する場合、前記フィルタリングされたサンプルの前記符号化は、前記フィルタリングされたデータに対しては非可逆的に実行され、前記幾何学的方向を表す情報の前記項目に対しては可逆的に実行されることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
32. リフティング・スキームの適用時に使用される前記デジタル信号のサンプルの前記フィルタリングは、各々が異なるサンプルに適用される少なくとも２つのフィルタを用いて実行されることを特徴とする請求項３０又は３１に記載の装置。
33. 複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する装置であり、複数のフィルタリングされたサンプルを生成する部分復号化手段を具備する装置であって、請求項３０乃至３２のいずれか１項に記載の符号化装置を実現することにより、前記符号化において前記サンプルの前記フィルタリングに対して使用された前記フィルタの前記幾何学的方向においてフィルタリングされたサンプルに対して実行され、フィルタリングされたサンプルに適用されるように構成される逆フィルタリング手段を具備することを特徴とする装置。
34. 前記幾何学的方向は、そのサンプルに適用され且つ前記フィルタリングされたサンプルに関連付けられる前記フィルタの前記幾何学的方向を表す情報に基づいて定義されることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
35. 前記幾何学的方向を表す情報をメモリ手段から取得する手段を具備することを特徴とする請求項３４に記載の装置。
36. リフティング・スキームの適用時に使用される前記フィルタリングされたデジタル信号のサンプルの前記フィルタリングは、各々が異なるサンプルに適用される少なくとも２つのフィルタを用いて実行されることを特徴とする請求項３３乃至３５のいずれか１項に記載の装置。
37. 電気通信ネットワークを介して接続される複数の端末装置を含む電気通信システムであって、請求項３０乃至３２のいずれか１項に記載の複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する装置を備える少なくとも１つの端末装置と、請求項３３乃至３６のいずれか１項に記載の複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する装置を備える少なくとも１つの端末装置とを含むことを特徴とする電気通信システム。
38. コンピュータシステムにロード可能なコンピュータプログラムであって、そのプログラムがコンピュータシステムによりロードされ実行される場合に、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の複数のサンプルを含む多次元デジタル信号をフィルタリングする前記方法の実現を可能にする命令を含むプログラム。
39. コンピュータシステムにロード可能なコンピュータプログラムであって、そのプログラムがコンピュータシステムによりロードされ実行される場合に、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の複数のサンプルを含む多次元デジタル信号を符号化する前記方法の実現を可能にする命令を含むプログラム。
40. コンピュータシステムにロード可能なコンピュータプログラムであって、そのプログラムがコンピュータシステムによりロードされ実行される場合に、請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の複数の符号化サンプルを含む符号化多次元デジタル信号を復号化する前記方法の実現を可能にする命令を含むプログラム。

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